灯浮标灯架结构改进

◎ 彭钟 童扬武 杨倩 海口航标处



灯浮标灯架结构改进

◎ 彭钟 童扬武 杨倩 海口航标处

摘 要：本文通过运用有限元软件计算灯架结构强度，对应力较大、受力较强的部位，提出合理加强和优化建议。提高灯架结构韧性和减震效果，采用警示反光贴增加夜晚警示、图像示意，并将灯架部件规范化，方便维护又节省成本，减少实际航标保养的人力物力。

关键词：灯浮标灯架 结构强度 夜晚警示 图像示意 部件规范化

1.存在问题

灯浮标（light buoys）作为重要的船舶助航设施，为船舶航行、进出港提供了重要作用。灯浮标的定位是由底部锚链、沉快固定，因风浪、洋流的影响，灯浮标会在一定范围内摇摆、转动。加上航行中船舶自身的摇摆、回转偏移等性质。往来船舶会和灯浮标产生不可避免的碰撞。导致灯浮标的灯架扭曲损坏。以三亚港港内灯浮标为例，可以看出因船舶碰撞所造成的灯架损坏很严重，尤其是顶护圈部分。（如图1）如果灯器损坏，在夜间灯浮标就会变成进出港的障碍物，我处就曾发生夜间渔船撞上一座灯器损坏灯浮标的事件。

2.计算分析

以国内目前使用最多的Φ2400mm钢制灯浮标进行计算机模拟计算，分析其在碰撞中的受力情况。假定：碰撞一般来至船舶侧面，侧向受力，载荷面较大；灯浮标灯架四个支持脚固定在一个平面内，弹性固定。根据规范要求，灯架架构角钢的钢材的应力许可极限为180Mpa。

在灯架结构受到集中力载荷2x104N时，灯架发生形变。其受力较大的部位和应力集中的部位，首先发生扭曲变形。

3.解决方法

3.1结构优化

根据有限元计算结果，对灯架结构中受力较大的部位和灯架矩形结构不稳定位置增加三角形肘板，确保结构强度（如图3）；

图1　三亚港港内灯浮标实例

图2　有线元计算应力图

图3　灯架需要增加肘板的位置

图4　灯架顶护圈改进示意图

图5　警示反光贴材料及其应用

图6　用斜条纹警示反光贴指示航道

对于易发生碰撞的顶护圈采取增加减震结构将角钢制作的顶护圈更改为具有弹性的结构，增加类似车辆减震结构，减小因碰撞造成的结构扭曲（如图4）。

3.2外表优化

针对灯浮标灯器有可能因外界因素损坏导致不发光的情况下，夜间灯浮标会成为进出港的障碍物，在标体、灯架的外表粘贴警示反光贴。起到夜间示廓作用，提高灯浮标夜间能见度，保证在夜间，即使灯浮标灯器损坏，往来船舶利用自身的探照灯也能够轻松的发现航标，发现航道，为灯浮标导助航起到辅助作用。

这种反光贴的原理是运用晶格的微菱形产生折射及高折射率的玻璃微珠回归反射原理，通过调焦后处理的工艺制成。它能将远方直线光线发射回发光处，不论在白天或是黑夜均有良好的逆反射光学性能，已经广泛运用于陆用交通设施和人员防护上，效果明显，且价格较低，性价比很高，尤其是晚上，能够发挥如同白天一样的高能见度。加上反光贴有多种颜色，可以满足灯浮标左红右绿等在颜色方面的要求。如果将浮标的标体纯绿纯红上采用红色、绿色斜条纹，进行图像示意，那么船舶在航行中就会更加醒目的识别，即使是没有学习过航标知识的渔民，也可以知道左红右绿的航行规则。这样还可以推广航标的宣传，形成一种标准，让更多的人知道水中浮标的具体作用和意义。

3.3结构单元规范化

运用有限元方法计算应力过往船舶和灯浮标发生碰撞多数碰到顶护圈和顶标，将顶护圈、顶标等易损坏结构与整体灯架结构分离，设置通用件，局部维修替换，方便保养，改变传统灯浮标灯架焊接一体化，一但损坏，就需要整体更换，且整个标体需要起吊，人力物力成本很高的现状。将易损结构单元规范化，设置通用件，统一定制，规范生产。

例如：GB-dfb-001001 对应顶标

GB-dfb-001002 对应 顶护圈

…

GB-dfb-001006 对应 加强筋

GB-dfb-001007 对应 加强肘板

这样既方便维护保养，又能节省成本开支。

4.不足

首先，海洋中海况复杂，来自船舶的碰撞和水流波动的作用形式是复杂的，灯架受到的受力形式也是多样，模拟计算不够精准，还需要进行实际试验；其次海上的环境较陆地复杂多变，警示反光贴能否适应海上的湿度、盐度都需要进一步测试。

5.结论

本文通过对Φ2400mm型灯浮标运用有限元方法计算应力，从结构优化、外表优化、单元规范化三个方面对灯架结构进行改进，首先将提高传统的灯浮标的结构稳定性和抗撞击性；其次粘贴警示反光贴为灯浮标示廓，增加夜晚警示和图像示意，让更多的人了解航标用途；最后，将易损坏的结构单元化，规范化，统一生产，并设计易替换结构，将大大提高灯浮标的维护保养成本，节省开支。